ข้อเสียของการซ้อนสี่ชั้นแบบดั้งเดิมของ PCB

หากความจุระหว่างชั้นไม่ใหญ่พอ สนามไฟฟ้าจะถูกกระจายไปยังพื้นที่ที่ค่อนข้างใหญ่ของบอร์ด เพื่อลดความต้านทานของชั้นระหว่างชั้น และกระแสไหลกลับสามารถไหลกลับไปยังชั้นบนสุดได้ ในกรณีนี้ สนามที่สร้างโดยสัญญาณนี้อาจรบกวนสนามของสัญญาณเลเยอร์ที่เปลี่ยนแปลงในบริเวณใกล้เคียง นี่ไม่ใช่สิ่งที่เราหวังไว้เลย น่าเสียดายที่บนบอร์ด 4 ชั้น 0.062 นิ้ว แต่ละชั้นอยู่ห่างกันมากและความจุระหว่างชั้นมีขนาดเล็ก
เมื่อการเดินสายไฟเปลี่ยนจากชั้น 1 เป็นชั้น 4 หรือกลับกัน จะทำให้เกิดปัญหานี้ดังภาพ
ข่าว13
แผนภาพแสดงให้เห็นว่าเมื่อสัญญาณติดตามจากเลเยอร์ 1 ถึงเลเยอร์ 4 (เส้นสีแดง) กระแสที่ไหลกลับจะต้องเปลี่ยนระนาบด้วย (เส้นสีน้ำเงิน) หากความถี่ของสัญญาณสูงเพียงพอและระนาบอยู่ใกล้กัน กระแสที่ไหลกลับสามารถไหลผ่านความจุระหว่างชั้นกราวด์และชั้นกำลังได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากขาดการเชื่อมต่อที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าโดยตรงสำหรับกระแสที่ไหลกลับ เส้นทางที่ไหลกลับจึงถูกขัดจังหวะ และเราสามารถคิดว่าการหยุดชะงักนี้เป็นอิมพีแดนซ์ระหว่างระนาบที่แสดงดังภาพด้านล่าง
ข่าว14
หากความจุระหว่างชั้นไม่ใหญ่พอ สนามไฟฟ้าจะถูกกระจายไปยังพื้นที่ที่ค่อนข้างใหญ่ของบอร์ด เพื่อลดความต้านทานของชั้นระหว่างชั้น และกระแสไหลกลับสามารถไหลกลับไปยังชั้นบนสุดได้ ในกรณีนี้ สนามที่สร้างโดยสัญญาณนี้อาจรบกวนสนามของสัญญาณเลเยอร์ที่เปลี่ยนแปลงในบริเวณใกล้เคียง นี่ไม่ใช่สิ่งที่เราหวังไว้เลย น่าเสียดายที่บนบอร์ด 4 ชั้นที่มีขนาด 0.062 นิ้ว แต่ละชั้นจะอยู่ห่างกัน (อย่างน้อย 0.020 นิ้ว) และความจุระหว่างชั้นมีขนาดเล็ก เป็นผลให้เกิดการรบกวนของสนามไฟฟ้าตามที่อธิบายไว้ข้างต้น สิ่งนี้อาจไม่ทำให้เกิดปัญหาความสมบูรณ์ของสัญญาณ แต่จะสร้าง EMI มากขึ้นอย่างแน่นอน ด้วยเหตุนี้ เมื่อใช้คาสเคด เราจึงหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนเลเยอร์ โดยเฉพาะสัญญาณความถี่สูง เช่น นาฬิกา
เป็นเรื่องปกติที่จะเพิ่มตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนใกล้กับช่องผ่านการเปลี่ยนผ่าน เพื่อลดความต้านทานที่ได้รับจากกระแสไหลกลับดังภาพด้านล่าง อย่างไรก็ตาม ตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนนี้ไม่มีประสิทธิภาพกับสัญญาณ VHF เนื่องจากมีความถี่เรโซแนนซ์ในตัวเองต่ำ สำหรับสัญญาณ AC ที่มีความถี่สูงกว่า 200-300 MHz เราไม่สามารถพึ่งพาตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนเพื่อสร้างเส้นทางส่งกลับที่มีอิมพีแดนซ์ต่ำได้ ดังนั้นเราจึงจำเป็นต้องมีตัวเก็บประจุแบบแยกส่วน (สำหรับความถี่ต่ำกว่า 200-300 MHz) และตัวเก็บประจุภายในบอร์ดที่ค่อนข้างใหญ่สำหรับความถี่ที่สูงกว่า
ข่าว15
ปัญหานี้สามารถหลีกเลี่ยงได้โดยไม่เปลี่ยนเลเยอร์ของสัญญาณสำคัญ อย่างไรก็ตามความจุระหว่างบอร์ดขนาดเล็กของบอร์ดสี่ชั้นทำให้เกิดปัญหาร้ายแรงอีกประการหนึ่งนั่นคือการส่งกำลัง โดยทั่วไปแล้ว ICS ดิจิทัลของนาฬิกาจะต้องใช้กระแสไฟชั่วคราวขนาดใหญ่ เมื่อเวลาเพิ่มขึ้น/ลดลงของเอาท์พุตของ IC ลดลง เราจำเป็นต้องส่งพลังงานในอัตราที่สูงขึ้น ในการจัดเตรียมแหล่งกำเนิดประจุ เรามักจะวางตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนไว้ใกล้กับไอซีแต่ละลอจิกมาก อย่างไรก็ตาม มีปัญหา: เมื่อเราไปไกลกว่าความถี่สะท้อนในตัวเอง ตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนจะไม่สามารถเก็บและถ่ายโอนพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากที่ความถี่เหล่านี้ ตัวเก็บประจุจะทำหน้าที่เหมือนตัวเหนี่ยวนำ
เนื่องจากไอซีส่วนใหญ่ในปัจจุบันมีเวลาขึ้น/ลงที่รวดเร็ว (ประมาณ 500 พิโคเซคอน) เราจึงจำเป็นต้องมีโครงสร้างการแยกตัวเพิ่มเติมที่มีความถี่เรโซแนนซ์ในตัวเองสูงกว่าของตัวเก็บประจุแบบแยกตัว ความจุระหว่างชั้นของแผงวงจรอาจเป็นโครงสร้างการแยกส่วนที่มีประสิทธิภาพ โดยที่ชั้นต่างๆ อยู่ใกล้กันเพียงพอที่จะให้ความจุที่เพียงพอ ดังนั้น นอกเหนือจากตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนที่ใช้กันทั่วไปแล้ว เรายังนิยมใช้ชั้นพลังงานที่มีระยะห่างกันอย่างใกล้ชิดและชั้นกราวด์เพื่อให้พลังงานชั่วคราวแก่ไอซีดิจิทัล
โปรดทราบว่าเนื่องจากกระบวนการผลิตแผงวงจรทั่วไป เรามักจะไม่มีฉนวนบางๆ ระหว่างชั้นที่สองและสามของบอร์ดสี่ชั้น บอร์ดสี่ชั้นที่มีฉนวนบางระหว่างชั้นที่สองและสามอาจมีราคาสูงกว่าบอร์ดสี่ชั้นทั่วไป